JP4766031B2 - 倒立型移動体および倒立型移動体の制御方法 - Google Patents
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Description
以下に、図1から図5を参照しつつ本発明の実施の形態1にかかる倒立型移動体および倒立型移動体の制御方法について説明する。
図6から図8を参照しつつ本発明の実施の形態2にかかる倒立型移動体および倒立移動体の制御方法について説明する。この実施形態に係る移動体は、前述の実施の形態1において説明した移動体とほぼ同様の構成を備えるが、前述の実施形態と異なり、回転体(駆動輪)の回転角度と、移動体本体の傾斜角速度の2つについて、その実測値と推定値の偏差を各々求め、これらの偏差に基づいて倒立状態の異常を検知するとともに、その異常度合いを判断するものである。以下、詳細に説明する。本実施形態においては、前述の実施形態において説明した移動体の各構成と同一または同様の構成であるため、その具体的な構成については説明を省略するものとする。
本実施形態に係る倒立型移動体においては、具体的には、移動体本体10の傾斜角速度の実測値と推定値の偏差xを横軸、回転体(駆動輪)の回転角速度の実測値と推定値の偏差yを縦軸とした位相平面において、移動体1の移動中に得られる偏差の値(x,y)を前記位相平面内に座標として配置することで、移動体の倒立状態の異常を検知する。
10・・・移動体本体
11・・・搭乗台
12・・・座席
13・・・背当て部
14・・・脚支持部
15・・・足載置部
18・・・接続部材
18a・・・加速度センサ(速度推定部)
18b・・・ジャイロ(測定部)
20・・・制御ボックス
21,22・・・モータ(駆動部)
23・・・制御部
23a・・・記憶領域
24・・・回転角センサ(測定部)
25・・・バッテリー
26・・・検出部
31,32・・・駆動輪(回転体)
P・・・床面
Claims (21)
- 断面が円形の回転体と、
前記回転体を回転駆動させる駆動部と、
前記回転体を保持する移動体本体と、
前記駆動部を制御し、床面に接する前記回転体の回転駆動を制御することで前記移動体本体の倒立状態を維持する制御部と、
前記回転体の回転角速度を検出する第1のセンサと、
前記移動体本体に作用する外力及び前記移動体本体の傾斜状態の少なくとも1つを検出する第2のセンサと、を備える倒立型移動体であって、
前記制御部が、前記移動体本体の傾斜状態に基づいて得られた信号に所定のゲインを乗じ、倒立状態を維持するための前記回転体の駆動量を算出するとともに、前記第1のセンサの出力値及び前記第2のセンサの出力値の少なくとも1つに基づいて前記移動体本体の倒立状態が正常か否かを判断し、前記移動体本体の倒立状態が異常であると判断した場合には、前記ゲインを低減することを特徴とする倒立型移動体。 - 前記制御部が、前記第1のセンサの出力値及び前記第2のセンサにより出力される前記移動体本体の傾斜状態に基づいて前記移動体本体の倒立状態の異常度合いを検知し、前記移動体本体の倒立状態の異常度合いに応じて、前記ゲインを低減する度合いを変化させることを特徴とする請求項1に記載の倒立型移動体。
- 前記移動体本体の倒立状態の異常度合いに応じた前記ゲインの上限値および下限値を定め、前記制御部が、前記上限値および下限値の間でゲインを変化させることを特徴とする請求項2に記載の倒立型移動体。
- 前記移動体本体の速度を検出する速度検出部をさらに備えるとともに、
前記制御部が、前記移動体本体の傾斜状態に基づいて得られた信号に所定のゲインを乗じた値と、前記速度検出部により検出された前記移動体本体の速度に基づいて得られた信号に所定のゲインを乗じた値とに基づいて、倒立状態を維持するための前記回転体の駆動量を算出することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の倒立型移動体。 - 前記制御部が、前記移動体本体の倒立状態が異常であると判断した場合に、前記移動体本体の速度に基づいて得られた信号に乗じるゲインを増大させることを特徴とする請求項4に記載の倒立型移動体。
- 前記移動体本体の速度を推定する速度推定部をさらに備え、
前記制御部が、前記移動体本体の倒立状態が異常であると判断した場合に、前記速度推定部により推定された速度に基づいて目標速度を定め、該目標速度を得るように,前記移動体本体の速度に基づいて得られた信号に乗じるゲインを増大させることを特徴とする請求項4または5に記載の倒立型移動体。 - 前記移動体本体の鉛直方向に対する傾斜角度、傾斜角速度、前記回転体の回転角度および回転角速度からなる4つのパラメータの実測値を同時に取得する測定部と、前記測定部により取得した4つのパラメータの実測値のうち、選択した3つのパラメータの実測値と前記回転体の制御量に基づいて、選択しなかった他の1つのパラメータの値を推定する推定部をさらに備え、
前記選択しなかったパラメータの推定値と実測値との偏差に基づいて、前記移動体本体の倒立状態の異常を検知することを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項に記載の倒立型移動体。 - 前記実測値と推定値との偏差の大きさに基づいて、前記移動体本体の倒立状態の異常度合いを判断することを特徴とする請求項7に記載の倒立型移動体。
- 前記4つのパラメータの実測値のうち、3つのパラメータを少なくとも2通り以上選択し、その各々について得られた、他の1つのパラメータの推定値と実測値との偏差に基づいて、前記移動体本体の倒立状態の異常を検知することを特徴とする請求項7または8に記載の倒立型移動体。
- 前記4つのパラメータのうち、前記移動体本体の鉛直方向に対する傾斜角度の実測値と推定値、および前記回転体の回転角速度の実測値と推定値を各々求め、これらの実測値と推定値との偏差に基づいて前記移動体本体の倒立状態の異常を検知することを特徴とする請求項7乃至9いずれか1項に記載の倒立型移動体。
- 前記移動体本体の鉛直方向に対する前記傾斜角度の実測値と推定値の偏差、および前記回転体の回転角速度の実測値と推定値の偏差を連続的かつ同時に取得し、これらの偏差の値を、傾斜角度の実測値と推定値の偏差を一方の軸、前記回転体の回転角速度の実測値と推定値の偏差を他方の軸とした位相平面内に座標として配置することで得られる軌道に基づいて、前記移動体本体の倒立状態の異常を検知することを特徴とする請求項9に記載の倒立型移動体。
- 前記位相平面において、予め所定の領域を定めるとともに、得られた軌道が前記領域から離れた距離に基づいて、前記移動体本体の倒立状態の異常度合いを判断することを特徴とする請求項11に記載の倒立型移動体。
- 前記位相平面における軌道の傾きに基づいて、前記移動体本体の倒立状態の異常度合いを判断することを特徴とする請求項11に記載の倒立型移動体。
- 前記移動体本体が、搭乗者を載置する搭乗台を有することを特徴とする請求項1乃至13いずれか1項に記載の倒立型移動体。
- 前記回転体が、前記移動体本体の移動方向に対して両側に平行に設けられた一対の車輪であり、該車輪が各々独立して回転制御可能であることを特徴とする請求項1乃至14いずれか1項に記載の倒立型移動体。
- 断面が円形の回転体と、
前記回転体を回転駆動させる駆動部と、
前記回転体を保持する移動体本体と、
前記駆動部を制御し、床面に接する前記回転体の回転駆動を制御することで前記移動体本体の倒立状態を維持する制御部と、
前記回転体の回転角速度を検出する第1のセンサと、
前記移動体本体に作用する外力及び前記移動体本体の傾斜状態の少なくとも1つを検出する第2のセンサと、を備える倒立型移動体の倒立状態を制御する制御方法であって、
前記移動体本体の傾斜状態を示す信号を取得する傾斜状態取得ステップと、
取得した前記移動体本体の傾斜状態に基づいて得られた信号に所定のゲインを乗じて倒立状態を維持するための前記回転体の駆動量を算出する駆動量算出ステップと、を備えるとともに、
前記制御部が、前記第1のセンサの出力値及び前記第2のセンサの出力値の少なくとも1つに基づいて前記移動体本体の倒立状態が正常か否かを判断する倒立状態判断ステップと、
前記制御部が、前記移動体本体の倒立状態が異常であると判断した場合に、前記ゲインを低減するゲイン低減ステップとをさらに備えることを特徴とする倒立型移動体の制御方法。 - 前記倒立状態判断ステップにおいて、前記制御部が、前記第1のセンサの出力値及び前記第2のセンサにより出力される前記移動体本体の傾斜状態に基づいて前記移動体本体の倒立状態の異常度合いを検知し、
前記ゲイン低減ステップにおいて、前記制御部が、前記移動体本体の倒立状態の異常度合いに応じて、前記ゲインを低減する度合いを変化させることを特徴とする請求項16に記載の倒立型移動体の制御方法。 - 前記ゲイン低減ステップにおいて、前記移動体本体の倒立状態の異常度合いに応じた前記ゲインの上限値および下限値を定め、前記制御部が、前記上限値および下限値の間でゲインを変化させることを特徴とする請求項17に記載の倒立型移動体の制御方法。
- 前記移動体本体の速度を検出する速度検出ステップをさらに備えるとともに、
前記駆動量算出ステップおいて、傾斜状態取得ステップで取得された前記移動体本体の傾斜状態に基づいて得られた信号に所定のゲインを乗じた値と、速度検出ステップで検出された前記移動体本体の速度に基づいて得られた信号に所定のゲインを乗じた値とに基づいて、倒立状態を維持するための前記回転体の駆動量を算出することを特徴とする請求項16乃至18いずれか1項に記載の倒立型移動体の制御方法。 - 前記倒立状態判断ステップにおいて、前記制御部が、前記移動体本体の倒立状態が異常であると判断した場合に、前記移動体本体の速度に基づいて得られた信号に乗じるゲインを増大させるゲイン増大ステップをさらに備えることを特徴とする請求項19に記載の倒立型移動体の制御方法。
- 前記移動体本体の速度を推定する速度推定ステップをさらに備え、
前記倒立状態判断ステップにおいて、前記制御部が、前記移動体本体の倒立状態が異常であると判断した場合に、前記駆動量算出ステップおいて、速度推定ステップにより推定された速度に基づいて定められた目標速度を得るように、前記回転体の駆動量を算出することを特徴とする請求項19または20に記載の倒立型移動体の制御方法。
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